JP2008216194A - 信号測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の信号測定装置と比較して、低コストに製造することができる信号測定装置を提供すること。
【解決手段】局部発振器１１が、測定対象の無線周波数帯を分割するよう、複数の局部周波数信号を順次生成し、測定器１８が、局部発振器１１によって各局部周波数信号が生成される度に測定した各周波数成分に基づいて、ＡＣＬＲやＳＥＭ等を算出するように構成することによって、イメージ帯域の成分を予め除去するためのフィルタやノイズ成分を予め除去するためのフィルタの通過域を狭くすることができるようにし、さらに、アナログデジタル変換器１７が、アンダーサンプリングを行うことによって、高速な処理を行う高価なアナログデジタル変換器や測定器を用いることなく、これらフィルタの減衰傾度を低くすることができるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号測定装置に関し、特に、広い測定帯域が必要とされる信号測定装置に関する。

現在、デジタル信号方式の無線機に関する通信規格の１つとして、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）によって標準化されたＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）規格がある。このＷ−ＣＤＭＡ規格では、受信周波数と、受信周波数の周辺の周波数との周波数成分のレベル比を表すＡＣＬＲ（Adjacent Channel Leakage Ratio、隣接チャネル漏洩電力比）やＳＥＭ（Spectrum Emission Mask、スペクトラムエミッションマスク）の条件が規定されている。

これらＡＣＬＲやＳＥＭの測定を行うためには、図５に示すように、受信周波数ｆｃを中心に、上側帯側および下側帯側に約±１２．５ＭＨｚ以上の帯域にわたる測定帯域を有する信号測定装置が必要とされる。

このような信号測定装置として、図６に示すように、入力された無線周波数帯の被測定信号からイメージ帯域の成分を予め除去するためのイメージ除去フィルタ５０と、第１の局部周波数信号を生成する局部発振器５１と、イメージ帯域の成分が除去された被測定信号に第１の局部周波数信号をミキシングするミキサ５２と、ミキサ５２から得られる第１の中間周波数信号からイメージ帯域の成分を予め除去するためのイメージ除去フィルタ５３と、第２の局部周波数信号を生成する局部発振器５４と、イメージ帯域の成分が除去された中間周波数信号に第２の局部周波数信号をミキシングするミキサ５５と、ミキサ５５から得られる第２の中間周波数信号から測定対象外のノイズ成分を予め除去するためのＬＰＦ（Low-Pass Filter）５６と、ノイズ成分が除去された中間周波数信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル（以下、単に「ＡＤ」という。）変換器５７と、デジタル信号に基づいて測定対象とする無線周波数帯における被測定信号の複数の周波数成分のレベルを測定する測定器５８とを備えたものがある（例えば、非特許文献１および２参照）。
Agilent Technologies（アジレント・テクノロジー）、「Signal Analysis Back to Basics 2005」、ｐ．１７ Agilent Technologies、「Agilent Spectrum Analysis Basics (Application Note 150)」、ｐ．１０

しかしながら、図６に示した従来の技術では、ＡＤ変換器５７におけるサンプリング周波数を高くすると、サンプリングしたデータを測定器５８に高速に処理させる必要があり、測定器５８の回路規模が大きくなり、製造コストが高くなってしまう。

そこで、ＡＤ変換器５７におけるサンプリング周波数を低く抑えようとすると、ＬＰＦ５６として減衰傾度が高い高価なフィルタが必要になる。

例えば、図７に示すように、ＡＤ変換器５７におけるサンプリング周波数をｆｓとし、第２の中間周波数信号の測定対象の帯域の中心周波数をｆＩＦ２とした場合に、サンプリング周波数ｆｓを低くすると、サンプリング周波数ｆｓが中心周波数ｆＩＦ２に対するナイキスト周波数に近づいてしまうため、減衰傾度が高い特性７２を有するＬＰＦ５６が要求されることになる。

一方、ＡＤ変換器５７におけるサンプリング周波数を低く抑えるために、第２の中間周波数信号の周波数を低く抑えようとすると、イメージ除去フィルタ５３として減衰傾度が高い高価なフィルタが必要になる。

例えば、図８に示すように、第１の中間周波数信号の測定対象の帯域の中心周波数をｆＩＦ１とし、第２の局部発振周波数をｆＬｏ２とした場合に、ｆＩＦ２は、（ｆＩＦ１−ｆＬｏ２）となる。ここで、ｆＩＦ２を低くするために、ｆＬｏ２をｆＩＦ１に近づけるか、ｆＩＦ１を低くすると、第１の中間周波数信号の測定対象の帯域に対するイメージ帯域８１が高くなり、ｆＩＦ１に近づいてしまうため、減衰傾度が高い特性８２を有するイメージ除去フィルタ５３が要求されることになる。

このように、従来の技術では、製造コストが高くなってしまうといった課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたもので、従来の信号測定装置と比較して、低コストに製造することができる信号測定装置を提供することを目的とする。

本発明の信号測定装置は、測定対象の無線周波数帯における被測定信号の複数の周波数成分のレベルを測定する信号測定装置において、前記測定対象の無線周波数帯を複数の帯域に分割し、分割した各分割帯域における前記被測定信号の成分が第１の中間周波数帯の成分になるよう該被測定信号を順次周波数変換する第１の周波数変換器と、前記第１の周波数変換器によって周波数変換された信号の前記第１の中間周波数帯の成分が前記第１の中間周波数帯より低い第２の中間周波数帯の成分になるよう該信号を周波数変換する第２の周波数変換器と、前記第１の周波数変換器によって周波数変換された信号が前記第２の周波数変換器によって周波数変換されるときに前記第１の中間周波数帯に対してイメージ帯域にあたる成分を該信号から予め除去するための第１のフィルタと、前記第２の周波数変換器によって周波数変換された信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、前記デジタル信号から前記第２の中間周波数帯の成分として誤検出されるノイズ成分を前記第２の周波数変換器によって周波数変換された信号から予め除去するための第２のフィルタと、前記ノイズ成分が除去されたデジタル信号に基づいて各分割帯域における前記被測定信号の各周波数成分のレベルを測定する測定器とを備え、前記アナログデジタル変換器は、前記第２の周波数変換器によって周波数変換された信号をアンダーサンプリングし、前記測定器は、前記デジタル信号に基づいて前記第２の中間周波数帯に対する折り返し周波数帯域の成分として検出される各周波数成分のレベルを測定し、前記第２のフィルタは、前記ノイズ成分に加えて、前記第２の周波数変換器によって周波数変換された信号が前記アナログデジタル変換器によってアンダーサンプリングされるときに前記第２の中間周波数帯に対してイメージ帯域にあたる成分を該信号から予め除去する構成を有している。

この構成により、本発明の信号測定装置は、測定対象とする帯域が複数の帯域に分割された分割帯域毎に被測定信号の各周波数成分のレベルを測定するため、第１のフィルタおよび第２のフィルタとして、通過域が狭く減衰傾度が低い安価なフィルタを用いることができる。

また、本発明の信号測定装置は、第２の周波数変換器によって周波数変換された信号をアンダーサンプリングするため、高速な処理を行う高価なアナログデジタル変換器や測定器を用いずに、第２の周波数変換器によって周波数変換される信号の周波数を高くすることができ、第１のフィルタとして、さらに減衰傾度が低い安価なフィルタを用いることができる。

本発明は、従来の信号測定装置と比較して、低コストに製造することができる信号測定装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

本発明の一実施の形態の信号測定装置を図１に示す。

図１に示すように、信号測定装置１は、入力された無線周波数帯の被測定信号（以下、単に「ＲＦ信号」という。）からイメージ帯域の成分を予め除去するためのイメージ除去フィルタ１０と、複数の第１の局部周波数信号を順次生成する局部発振器１１と、イメージ帯域の成分が除去されたＲＦ信号に各第１の局部周波数信号を順次ミキシングするミキサ１２と、ミキサ１２から得られる第１の中間周波数信号（以下、単に「ＩＦ１信号」という。）からイメージ帯域の成分を予め除去するためのイメージ除去フィルタ１３と、第２の局部周波数信号を生成する局部発振器１４と、イメージ帯域の成分が除去されたＩＦ１信号に第２の局部周波数信号をミキシングするミキサ１５と、ミキサ１５から得られる第２の中間周波数信号（以下、単に「ＩＦ２信号」という。）からノイズ成分を予め除去するためのＢＰＦ（Band-Pass Filter）１６と、ノイズ成分が除去されたＩＦ２信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１７と、デジタル信号に基づいて測定対象とする無線周波数帯におけるＲＦ信号の各周波数成分のレベルを測定する測定器１８とを備えている。

なお、以下の説明は、信号測定装置１が、ＲＦ信号の受信周波数ｆｃを中心に±１２．５ＭＨｚの無線周波数帯における被測定信号の少なくとも５つ以上の周波数成分を測定する例について説明する。

また、この例において、受信周波数ｆｃを中心に±２．５ＭＨｚ帯を「第１の分割帯域」といい、＋２．５ＭＨｚ〜＋７．５ＭＨｚ帯を「第２の分割帯域」といい、＋７．５ＭＨｚ〜＋１２．５ＭＨｚ帯を「第３の分割帯域」といい、−２．５ＭＨｚ〜−７．５ＭＨｚ帯を「第４の分割帯域」といい、−７．５ＭＨｚ〜−１２．５ＭＨｚ帯を「第５の分割帯域」という。

局部発振器１１およびミキサ１２は、本発明における第１の周波数変換器を構成する。局部発振器１１は、周波数がｆＬｏ１、ｆＬｏ１＋５ＭＨｚ、ｆＬｏ１＋１０ＭＨｚ、ｆＬｏ１−５ＭＨｚおよびｆＬｏ１−１０ＭＨｚの各局部周波数信号を順次生成するようになっている。なお、本実施の形態において、ｆｃ＞ｆＬｏ１とする。

ミキサ１２は、局部発振器１１によって生成された各局部周波数信号をＲＦ信号に順次ミキシングするようになっている。この結果、局部発振器１１によって生成された局部周波数信号の周波数がｆＬｏ１のとき、受信周波数ｆｃの成分が中間周波数ｆＩＦ１（＝ｆｃ−ｆＬｏ１）の成分になるようＲＦ信号が周波数変換されたＩＦ１信号がミキサ１２から得られる。

同様に、局部発振器１１によって生成された局部周波数信号の周波数がｆＬｏ１＋５ＭＨｚ、ｆＬｏ１＋１０ＭＨｚ、ｆＬｏ１−５ＭＨｚ、ｆＬｏ１−１０ＭＨｚのとき、ｆｃ＋５ＭＨｚ、ｆｃ＋１０ＭＨｚ、ｆｃ−５ＭＨｚ、ｆｃ−１０ＭＨｚの成分が中間周波数ｆＩＦ１の成分になるようＲＦ信号が周波数変換されたＩＦ１信号がミキサ１２からそれぞれ得られる。

局部発振器１４およびミキサ１５は、本発明における第２の周波数変換器を構成する。局部発振器１４は、周波数がｆＬｏ２の局部周波数信号を生成するようになっている。ミキサ１５は、局部発振器１４によって生成された局部周波数信号をＩＦ１信号にミキシングするようになっている。この結果、中間周波数ｆＩＦ１の成分が中間周波数ｆＩＦ２（＝ｆＩＦ１−ｆＬｏ２）の成分になるようＩＦ１信号が周波数変換されたＩＦ２信号がミキサ１５から得られる。なお、本実施の形態において、ｆＩＦ１＞ｆＬｏ２とする。

図２（ａ）乃至（ｃ）は、局部発振器１１によって生成された局部周波数信号の周波数がそれぞれｆＬｏ１、ｆＬｏ１＋５ＭＨｚ、ｆＬｏ１−５ＭＨｚであるときに、ミキサ１２から得られるＩＦ１信号の周波数分布をそれぞれ表している。

ここで、イメージ除去フィルタ１３は、少なくともｆＩＦ１±２．５ＭＨｚ帯を通過域とし、ミキサ１５によるミキシング時のｆＩＦ１±２．５ＭＨｚ帯に対するイメージ帯域２１を少なくとも遮断域とした特性２２を有する。

図３（ａ）乃至（ｃ）は、局部発振器１１によって生成された局部周波数信号の周波数がそれぞれｆＬｏ１、ｆＬｏ１＋５ＭＨｚ、ｆＬｏ１−５ＭＨｚであるときに、ミキサ１５から得られるＩＦ２信号の周波数分布と、ＡＤ変換器１７によって得られたデジタル信号から復元される信号の周波数分布とを表している。

図３に示すように、ＡＤ変換器１７は、ＩＦ２信号をサンプリング周波数ｆｓでアンダーサンプリングするようになっている。測定器１８は、ＡＤ変換器１７によって得られたデジタル信号から復元される信号のうち、ｆＩＦ２±２．５ＭＨｚ帯に対する折り返し周波数帯域すなわちｆＵ（＝ｆｓ−ｆＩＦ２）±２．５ＭＨｚ帯の成分として検出される各周波数成分のレベルを測定するようになっている。

ここで、ＢＰＦ１６は、少なくともｆＩＦ２±２．５ＭＨｚ帯を通過域とし、ＡＤ変換器１７によるアンダーサンプリング時のｆＩＦ２±２．５ＭＨｚ帯に対するイメージ帯域３１およびｆＵ±２．５ＭＨｚ帯を少なくとも遮断域とした特性３２を有する。

このように、局部発振器１１によって周波数がｆＬｏ１の局部周波数信号が生成されたときに、測定器１８は、第１の分割帯域におけるＲＦ信号の各周波数成分のレベルを測定するようになっている。

同様に、局部発振器１１によって周波数がｆＬｏ１＋５ＭＨｚ、ｆＬｏ１＋１０ＭＨｚ、ｆＬｏ１−５ＭＨｚおよびｆＬｏ１−１０ＭＨｚの局部周波数信号が生成されたときに、測定器１８は、第２の分割帯域、第３の分割帯域、第４の分割帯域および第５の分割帯域におけるＲＦ信号の各周波数成分のレベルをそれぞれ測定するようになっている。

以上のように構成された信号測定装置１について図４を用いてその動作を説明する。

まず、入力されたＲＦ信号からイメージ帯域の成分がイメージ除去フィルタ１０によって除去される（Ｓ１）。一方で、周波数がｆＬｏ１、ｆＬｏ１＋５ＭＨｚ、ｆＬｏ１＋１０ＭＨｚ、ｆＬｏ１−５ＭＨｚおよびｆＬｏ１−１０ＭＨｚの局部周波数信号が局部発振器１１によってそれぞれ生成され、各局部周波数信号に対して以下のステップが実行される（Ｓ２〜Ｓ９）。

ここでは、まず、イメージ帯域の成分が除去されたＲＦ信号に局部発振器１１によって生成された局部周波数信号がミキサ１２によってミキシングされ、ＲＦ信号がＩＦ１信号に周波数変換される（Ｓ３）。

次に、ＩＦ１信号からイメージ帯域の成分がイメージ除去フィルタ１３によって除去され（Ｓ４）、イメージ帯域の成分が除去されたＩＦ１信号に局部発振器１４によって生成された局部周波数信号がミキサ１５によってミキシングされ、ＩＦ１信号がＩＦ２信号に周波数変換される（Ｓ５）。

次に、ＩＦ２信号からｆＵ±２．５ＭＨｚ帯のノイズ成分およびイメージ帯域の成分がＢＰＦ１６によって除去され（Ｓ６）、ノイズ成分およびイメージ帯域の成分が除去されたＩＦ２信号がＡＤ変換器１７によってアンダーサンプリングされ、デジタル信号に変換される（Ｓ７）。

次に、ＡＤ変換器１７によって得られたデジタル信号から復元される信号のうち、ｆＩＦ２±２．５ＭＨｚ帯に対する折り返し周波数帯域ｆＵ±２．５ＭＨｚ帯の成分として検出される各周波数成分のレベルが測定器１８によって測定される（Ｓ８）。

このように、各局部周波数信号に対して以上のステップが実行されると、測定器１８によって測定された各周波数成分のレベルに基づいて、例えば、ＡＣＬＲやＳＥＭが算出される（Ｓ１０）。

このような本発明の一実施の形態の信号測定装置１は、測定対象とする帯域が複数の帯域に分割された分割帯域毎にＲＦ信号の各周波数成分のレベルを測定するため、イメージ除去フィルタ１３およびＢＰＦ１６として、通過域が狭く減衰傾度が低い安価なフィルタを用いることができ、従来の信号測定装置と比較して、低コストに製造することができる。

また、本信号測定装置１は、ＩＦ２信号をアンダーサンプリングするため、高速な処理を行う高価なアナログデジタル変換器や測定器を用いずに、ＩＦ２信号の中間周波数を高くすることができ、イメージ除去フィルタ１３として、さらに減衰傾度が低い安価なフィルタを用いることができる。

なお、本実施の形態においては、ｆｃ＞ｆＬｏ１およびｆＩＦ１＞ｆＬｏ２とした場合の例について説明したが、本発明においては、ｆｃ＜ｆＬｏ１としてもよく、ｆＩＦ１＜ｆＬｏ２としてもよい。この場合には、図３に示したＩＦ２信号の周波数分布がｆＩＦ２を中心に反転するため、測定器１８は、これを考慮した測定を行うように構成する。

また、本実施の形態においては、局部発振器１１が５つの第１の局部周波数信号をすることによって、測定対象の無線周波数帯を５つの分割帯域に分割する例について説明したが、本発明においては、局部発振器１１が２つ以上の第１の局部周波数信号をすることによって、測定対象の無線周波数帯を２つ以上の分割帯域に分割するようにすればよい。

また、イメージ除去フィルタ１３、ＢＰＦ１６および測定器１８を各分割帯域が隣接する分割帯域に対してオーバーラップするように構成するようにしてもよい。

以上のように、本発明にかかる信号測定装置は、広い測定帯域の測定に利用することができ、特に、ＡＣＬＲやＳＥＭの測定に利用することができる。

本発明の一実施の形態の信号測定装置のブロック図である。 本発明の一実施の形態の信号測定装置における第１の中間周波数信号の周波数分布と、イメージ除去フィルタの特性との関係を表すグラフである。 本発明の一実施の形態の信号測定装置における第２の中間周波数信号の周波数分布と、デジタル信号から復元される信号の周波数分布と、ＢＰＦの特性との関係を表すグラフである。 本発明の一実施の形態の信号測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。 ＡＣＬＲやＳＥＭの測定するときの測定対象帯域を説明するためのグラフである。 従来の信号測定装置のブロック図である。 従来の信号測定装置における第２の中間周波数信号の周波数分布と、サンプリング周波数との関係を表すグラフである。 従来の信号測定装置における第１の中間周波数信号の周波数分布と、イメージ除去フィルタの特性との関係を表すグラフである。

符号の説明

１ 信号測定装置
１０、１３、５０、５３ イメージ除去フィルタ
１１、１４、５１、５４ 局部発振器
１２、１５、５２、５５ ミキサ
１６ ＢＰＦ
１７、５７ ＡＤ変換器
１８、５８ 測定器
５６ ＬＰＦ

Claims (1)

1. 測定対象の無線周波数帯における被測定信号の複数の周波数成分のレベルを測定する信号測定装置において、
   前記測定対象の無線周波数帯を複数の帯域に分割し、分割した各分割帯域における前記被測定信号の成分が第１の中間周波数帯の成分になるよう該被測定信号を順次周波数変換する第１の周波数変換器と、
   前記第１の周波数変換器によって周波数変換された信号の前記第１の中間周波数帯の成分が前記第１の中間周波数帯より低い第２の中間周波数帯の成分になるよう該信号を周波数変換する第２の周波数変換器と、
   前記第１の周波数変換器によって周波数変換された信号が前記第２の周波数変換器によって周波数変換されるときに前記第１の中間周波数帯に対してイメージ帯域にあたる成分を該信号から予め除去するための第１のフィルタと、
   前記第２の周波数変換器によって周波数変換された信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、
   前記デジタル信号から前記第２の中間周波数帯の成分として誤検出されるノイズ成分を前記第２の周波数変換器によって周波数変換された信号から予め除去するための第２のフィルタと、
   前記ノイズ成分が除去されたデジタル信号に基づいて各分割帯域における前記被測定信号の各周波数成分のレベルを測定する測定器と、を備え、
   前記アナログデジタル変換器は、前記第２の周波数変換器によって周波数変換された信号をアンダーサンプリングし、
   前記測定器は、前記デジタル信号に基づいて前記第２の中間周波数帯に対する折り返し周波数帯域の成分として検出される各周波数成分のレベルを測定し、
   前記第２のフィルタは、前記ノイズ成分に加えて、前記第２の周波数変換器によって周波数変換された信号が前記アナログデジタル変換器によってアンダーサンプリングされるときに前記第２の中間周波数帯に対してイメージ帯域にあたる成分を該信号から予め除去することを特徴とする信号測定装置。

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